一种发动机增压器喘振识别与控制方法与流程

本发明属于发动机控制领域，具体的说是一种发动机增压器喘振识别与控制方法。

背景技术：

增压器喘振是压气机扩压器叶片及叶轮叶片出现了脱流，原因主要有：进气量突然减少；增压器转速异常升高；发动机运行工况突然变化；压气机效率进入喘振线等。喘振的发生，会产生啸叫等噪声，恶化燃油经济性，严重的会损坏压气机部件。

目前发动机高效热管理技术越来越普及和多样化，使用进气节流阀、排气节流阀、废气再循环(exhaustgasre-circulation，简称egr)阀等手段提高发动机热管理，降低发动机排放成为当前发动机技术路线的关键选择；选择传统废气旁通式增压器在高效热管理的技术路线下存在较高的喘振风险，特别是为了高效热管理，过度关闭进气节流阀条件下，若开度不够，又无法满足热管理需求，致使排放无法满足法规要求。

在现有技术中，通过增压器压比单一条件进行增压器喘振的判定，存在增压器喘振漏判和误判的风险；通过增压器喘振时全开egr阀控制增压器喘振，存在热管理低和排放高的缺点，并且再生燃烧模式下全开egr阀会恶化发动机性能和egr阀的耐久；通过发动机上增加泄压阀控制增压器喘振，存在结构复杂、成本高的缺点；现有的技术方法都还存在一定的局限性和复杂性。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述现有技术中所遇到的增压器喘振风险和问题，提出一种发动机增压器喘振识别与控制方法，以期实现不影响发动机热管理、不影响发动机排放、不增加成本的同时，解决不同燃烧模式下的发动机增压器喘振问题。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种发动机增压器喘振识别与控制方法的特点是应用于由发动机、发动机电子控制单元ecu、增压器、进气节流阀、egr阀、排气节流阀所组成的发动机进排气系统中，并按如下步骤进行：

步骤1、所述发动机电子控制单元ecu根据发动机输入信号，计算多种增压器喘振介入条件；

步骤2、所述增压器喘振介入条件若均满足时，则识别出发动机处于增压器喘振状态，并执行步骤3，否则，执行步骤5；

步骤3、所述发动机电子控制单元ecu根据不同发动机燃烧模式，输出不同的防喘振控制信号给所述进气节流阀、egr阀、排气节流阀，以控制增压器喘振；

步骤4、所述发动机电子控制单元ecu根据所述发动机输入信号，计算多种增压器喘振退出条件；

步骤5、任一增压器喘振退出条件满足时，则识别出发动机处于增压器喘振退出状态，并执行步骤6，否则，执行步骤1；

步骤6、所述发动机电子控制单元ecu输出控制信号给所述进气节流阀、egr阀、排气节流阀，使得所述进气节流阀、egr阀、排气节流阀不再执行步骤3的防喘振目标开度。

本发明所述的发动机增压器喘振识别与控制方法的特点也在于，所述步骤1中的多种增压器喘振介入条件，包括：

通过发动机当前扭矩对时间的微分计算出当前扭矩变化率，当滤波后的当前扭矩变化率持续小于标定的扭矩变化率介入阈值时，作为判定增压器喘振介入条件1；

通过发动机当前转速对时间的微分计算出当前转速变化率，当滤波后的当前转速变化率持续小于标定的转速变化率阈值时，作为判定增压器喘振介入条件2；

所述发动机电子控制单元ecu预先标定好不同进气流量、不同增压前压力下的增压压比喘振阈值，通过发动机实时增压后压力与增压前压力的比值计算出当前增压压比，当增压压比大于所述增压压比喘振阈值时，作为判定增压器喘振介入条件3；

通过当前增压器增压后的压力与增压器涡前压力计算出增压器当前压差，当增压器当前压差大于增压器压差阈值时，作为判定增压器喘振介入条件4；

发动机当前进气量小于进气量阈值时，作为判定增压器喘振介入条件5。

所述步骤4中的多种增压器喘振退出条件，包括：

当不满足任一增压器喘振介入条件超过一定时间，作为判定增压器喘振退出条件1；

通过发动机当前扭矩对时间的微分，计算出当前扭矩变化率，当滤波后的当前扭矩变化率持续大于标定的扭矩变化率退出阈值时，作为判定增压器喘振退出条件2；

所述发动机电子控制单元ecu预先标定好不同进气流量下的增压压比安全阈值，通过发动机实时增压后压力与增压前压力的比值计算出当前增压压比，当增压压比小于所述增压压比安全阈值时，作为判定增压器喘振退出条件3。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过获得发动机输入信号给ecu，ecu实时计算多种可能导致增压器喘振的条件，通过对所有条件综合判定增压器是否喘振，克服了现有技术中增压器喘振误判、漏判的问题，实现了增压器喘振的精确识别；

2、本发明中ecu根据不同发动机燃烧模式，输出不同控制信号给进气节流阀、egr阀、排气节流阀，使得进气节流阀、egr阀和排气节流阀执行各自设定的目标开度，解决了现有技术中增压器防喘振与发动机热管理及发动机排放冲突的问题；

3、本发明中ecu实时计算多种增压器喘振退出条件，通过对所有条件综合判定增压器喘振是否消除，缩短了ecu喘振控制时间，优化了防喘振过程中发动机的热管理和排放；

4、本发明不需要增加泄压阀等部件，不增加成本。

附图说明

图1为本发明发动机增压器喘振的识别与控制方法流程图；

图2为本发明所适用的典型发动机进排气系统结构图；

图3为本发明发动机增压器喘振的介入条件流程图；

图4为本发明不同燃烧模式下的发动机喘振控制流程图；

图5为本发明发动机增压器喘振的退出条件流程图；

具体实施方式

本实施例中，一种发动机增压器喘振识别与控制方法所适用的典型发动机进排气系统结构图，如图2所示，发动机s1在进气管路上布置有进气节流阀s5，在排气管路上布置有排气节流阀s6，在进气和排气管路之间布置有增压器s4和egr阀s7，发动机电子控制单元ecus3通过获得发动机输入信号s2，输出多种控制信号给进气节流阀s5、排气节流阀s6、egr阀s7，以降低发动机排放，实现发动机正常运转。如图3所示，发动机输入信号s2是从多个传感器获得的发动机转速、增压前压力、增压后压力、涡前压力、进气流量以及从发动机电子控制单元ecu内部模型值获得的发动机扭矩；具体的说，如图1所示，该识别与控制方法包括：

s110、发动机电子控制单元ecu根据发动机输入信号，计算多种增压器喘振介入条件；

s120、增压器喘振介入条件均满足时，则识别出发动机处于增压器喘振状态；

s130、发动机电子控制单元ecu根据不同的发动机燃烧模式，输出不同的防喘振控制信号给进气节流阀、egr阀、排气节流阀，以控制增压器喘振；

s140、发动机电子控制单元ecu根据发动机输入信号，计算多种增压器喘振退出条件；

s150、任一增压器喘振退出条件满足时，则判定发动机处于增压器喘振退出状态；

s160、发动机电子控制单元ecu输出控制信号给进气节流阀、egr阀、排气节流阀，使得进气节流阀、egr阀、排气节流阀不再执行设定的目标开度；

如图3所示，多种增压器喘振介入条件包括：

s210、通过发动机当前扭矩对时间的微分计算出当前扭矩变化率，当滤波后的当前扭矩变化率持续小于标定的扭矩变化率介入阈值时，作为判定增压器喘振介入条件1；

s220、通过发动机当前转速对时间的微分计算出当前转速变化率，当滤波后的当前转速变化率持续小于标定的转速变化率阈值时，作为判定增压器喘振介入条件2；

s230、发动机电子控制单元ecu预先标定好不同进气流量、不同增压前压力下的增压压比喘振阈值，通过发动机实时增压后压力与增压前压力的比值计算出当前增压压比，当增压压比大于增压压比喘振阈值时，作为判定增压器喘振介入条件3；

s240、通过当前增压器增压后的压力与增压器涡前压力计算出当前增压器压差，当增压器压差大于增压器压差阈值时，作为判定增压器喘振介入条件4；

s250、发动机当前进气量小于进气量阈值时，作为判定增压器喘振介入条件5；

具体的说，扭矩变化率介入阈值和转速变化率阈值确定方法是通过发动机试验台架从多个外特性扭矩作为初始扭矩，突松油门到怠速，采集多组使得增压器转速剧烈波动、增压器啸叫声明显的试验数据，通过计算多组扭矩变化率和转速变化率，找出试验数据中所有喘振发生时的最大有效扭矩变化率和转速变化率，作为扭矩变化率介入阈值和转速变化率阈值。

增压压比喘振阈值和增压器压差阈值是通过发动机试验台架采集增压器试验的万有特性数据，绘制出增压器效率曲线图，通过效率曲线图插值计算得出不同进气流量和不同增压前压力的增压压比喘振阈值及计算得出增压器压差阈值；需要说明的是，高流量并不会发生喘振，的进气量阈值是通过发动机外特性在增压器效率曲线图中获得的喘振线进气量临界值；

当增压器喘振介入条件均满足时，则识别出发动机处于增压器喘振状态，即图3所示的增压器喘振状态s260为1；

如图4所示，使用不同发动机燃烧模式s300是为了实现发动机最佳的性能和排放，主要有正常模式s310、热管理模式s320、再生模式s330；其中，正常模式s310是后处理排温已经到达后处理高转化效率的温度，为了提高发动机性能和经济性，此时进气节流阀全开，排气节流阀全开，egr阀根据正常模式下的标定map正常执行动作；热管理模式s320是为了快速提高发动机后处理排温，进而降低发动机排放，此时进气节流阀、egr阀和排气节流阀都会根据热管理模式下的标定map正常执行动作；再生模式s330是为了处理dpf(柴油机颗粒捕集器，dieselparticulatefilter，简称dpf)积碳，此时egr阀全关，进气节流阀和排气节流阀根据再生模式下的标定map正常执行动作；

当发动机运行在不同的燃烧模式时，进气节流阀、egr阀和排气节流阀会分别执行不同的开度动作，而在不同的燃烧模式下发动机都有可能发生喘振。本发明提出了在识别出增压器喘振状态s260时，发动机电子控制单元ecu根据不同发动机燃烧模式s300，输出不同的防喘振控制信号给进气节流阀、egr阀、排气节流阀，以控制增压器喘振；

具体的说，通过发动机性能和排放试验验证结果，标定不同燃烧模式下的进气节流阀开度设定值；当进入增压器喘振状态时，发动机电子控制单元ecu根据发动机燃烧模式的不同，输出所标定的不同的进气节流阀开度设定值给进气节流阀，使得进气节流阀执行不同的进气节流阀目标开度；

通过发动机性能和排放试验验证结果，标定不同燃烧模式下的egr阀开度设定值；当进入增压器喘振状态时，ecu根据发动机燃烧模式的不同，输出所标定的不同的egr阀开度设定值给egr阀，使得egr阀执行不同的egr阀目标开度；

通过发动机性能和排放试验验证结果，标定不同燃烧模式下的排气节流阀开度设定值；当进入增压器喘振状态时，ecu根据发动机燃烧模式的不同，输出所标定的不同的排气节流阀开度设定值给排气节流阀，使得排气节流阀执行不同的排气节流阀目标开度；

如图5所示，多种增压器喘振退出条件包括：

s410、当不满足任一增压器喘振介入条件，即图2所示的增压器喘振状态s260为0超过一定时间，作为判定增压器喘振退出条件1；

s420、通过发动机当前扭矩对时间的微分，计算出当前扭矩变化率，当滤波后的当前扭矩变化率持续大于标定的扭矩变化率退出阈值时，作为判定增压器喘振退出条件2；

s430、发动机电子控制单元ecu预先标定好不同进气流量下的增压压比安全阈值，通过发动机实时增压后压力与增压前压力的比值计算出当前增压压比，当增压压比小于增压压比安全阈值时，作为判定增压器喘振退出条件3；

具体的说，扭矩变化率退出阈值确定方法是通过发动机试验台架从多个外特性作为初始扭矩，突松油门到怠速，找到增压器转速剧烈波动、增压器啸叫声明显工况点后，再突加油门到设定扭矩，直到增压器转速正常、无啸叫声时的扭矩变化率，找出试验数据中所有喘振消除的最小有效扭矩变化率作为扭矩变化率退出阈值。

增压压比安全阈值是通过发动机试验台架采集增压器试验的万有特性数据，绘制出增压器效率曲线图，通过效率曲线图插值计算得到基于不同进气流量下的增压压比安全阈值；

当任一增压器喘振退出条件满足时，则判定发动机处于增压器喘振退出状态，即图5所示的增压器喘振退出状态s440为1；

当增压器喘振退出状态s440为1时，表明增压器喘振消除，发动机电子控制单元ecu输出控制信号给进气节流阀、egr阀、排气节流阀，使得进气节流阀、egr阀、排气节流阀按照图4的目标开度执行。